Семя, плоды, их характеристика

Семя — многоклеточный зачаток нового растения, развивающийся после оплодотворения и содержащий зародыш.

У голосеменных растений семена развиваются после оплодотворения на поверхности семенных чешуй шишек (у хвойных), либо на вегетативных органах растения (у всех других голосеменных).

Семя состоит из зародыша, семенной кожуры и гаплоидного (n) эндосперма, выполняющего функцию питания зародыша.

Рис. Семена сосны              Рис. Строение семени сосны

Наружный слой семенной кожуры (у саговниковых и гинкговых) или семенная чешуя (у тиса, подокарпуса и можжевельника) могут сильно разрастаться и приобретать яркую окраску. Это приспособление для привлечения птиц, распространяющих семена этих растений.

Рис. Семена гинкго                           Рис. Семена тиса         Рис. Семена можжевельника

Семя цветковых растений состоит из зародыша, эндосперма и семенной кожуры.

Зародыш — зачаток нового растения; имеет диплоидный набор хромосом (2n).

Зародыш состоит из зародышевого корешка, зародышевого стебелька и семядолей (зародышевых листьев). Из зародышевого корешка формируется главный корень.

Эндосперм — питательная ткань зародыша, имеющая триплоидный набор хромосом (3n). Эндосперм образован запасающей паренхимой, содержащей большое количество крахмала, белка или растительных жиров (в зависимости от вида растения). 

В состав семени входят ферменты, осуществляющие превращение запасных питательных веществ эндосперма в легко усвояемую зародышем форму.

Семенная кожура — покровная ткань семени, защищающая его от повреждений и высыхания. Образуется из покровов семязачатка (интегумента). В семенной кожуре в месте прикрепления семени к плоду остается рубчик. В рубчике в месте входа пыльцевой трубки в семязачаток при оплодотворении остается отверстие — пыльцевход, или микропиле. Через него в семя при прорастании поступает вода.

Строение семян однодольных и двудольных покрытосеменных растений имеет некоторые отличия:

Зародыш однодольных имеет один зародышевый лист (семядолю); питание зародыша осуществляется за счет хорошо развитого эндосперма. Семядоля злаков и многих других однодольных растений — это сильно модифицированный лист, состоящий из щитка и колеоптиля.

Щиток — ткань в семени, которая специализируется на поглощении и хранении пищи из соседнего эндосперма. Во время прорастания зерна за счет активизации ферментативных процессов происходит разжижение эндосперма. Наружные клетки щитка, граничащие с эндоспермом, удлиняются и наподобие корешков проникают в его питательную среду, откуда и высасывают необходимую пищу для роста зародыша. В центральной части эндосперма находятся паренхимные клетки с большим количеством крахмальных зерен, в наружной его части расположены квадратные клетки алейронового слоя, в котором откладываются запасные белки в форме алейроновых зерен. 

Колеоптиль — защитный колпачок, который охватывает пёрышко (предшественник стебля и листьев растения).

Рис. Строение зерновки пшеницы: 1 — околоплодник сросшийся с кожурой; 2 — эндосперм; 3 — алейроновый слой; 4 — зародыш; 5 — корешок; 6 — почечка; 7 — стебелек; 8 — щиток; 9 — конус нарастания

Зародыш двудольных растений имеет две крупные мясистые семядоли, в которых находятся запасные питательные вещества. Именно за счет семядолей и осуществляется питание зародыша: эндосперм слабо развит или совсем отсутствует.

Рис. Строение семени фасоли

Плод — разросшаяся завязь пестика. Плод развивается на месте цветка после оплодотворения.

Настоящие плоды формируются из стенки завязи. Ложные плоды формируются при участии цветоноса или других частей цветка.

Плод состоит из околоплодника (перикарпа) и плодоножки.

Перикарп, внутри которого лежат семена, включает (рис. 1):

• эпикарп — наружный слой плода;

• мезокарп — средний слой плода;

• эндокарп — внутренний слой плода.

Рис. 1. Строение плода

Толщина этих слоёв и их консистенция могут быть различными.

Сухие плоды при созревании обезвоживаются, клетки в них отмирают.

Сочные плоды состоят в основном из живых клеток и сохраняют высокое содержание воды (рис. 3).

Рис. 3. Строение сухого и сочного плода

Так как завязь может образовываться из одного или нескольких плодолистиков (плодолистик — спороносный лист в цветке, несущий семязачатки и при срастании краями или с другими плодолистиками образующий завязь пестика), то и плоды могут иметь различное внутреннее строение.

Плоды по количеству семян бывают:

• односемянные плоды образуются, если в завязи пестика только один семязачаток;

• многосемянные плоды образуются, если в завязи пестика несколько семязачатков.

Семена могут оставаться внутри плода до его разрушения и прорастать в нём.

Вскрывающиеся плоды при созревании лопаются, и семена высыпаются и распространяются самостоятельно.

Листовка (рис. 4) и многолистовка (рис. 5, 6, 7) — разновидность плода с кожистым сухим околоплодником, раскрывающимся вдоль шва при созревании семян. Семена располагаются вдоль брюшного шва.

Из завязей, образованных несколькими плодолистиками, образуется многолистовка.

Примеры, некоторые лютиковые (живокость, калужница и др.), пионовые, магнолиевые, толстянковые.

Рис. 4. Листовка ваточника                    Рис. 5. Многолистовка бадьяна  

     Рис. 6. Многолистовка пиона                Рис. 7. Многолистовка водосбора

Коробочка — сухой плод, состоящий из двух и более плодолистиков, которые при созревании разделяются (раскрываются), чтобы освободить семена (рис. 8, 9, 10).

Примеры: мак, лилия, орхидеи, хлопчатник, дурман.

   Рис. 8. Дурман                                                  Рис. 9. Мак                          Рис. 10. Хлопчатник

Боб - плод, состоящий из двух длинных тонких створок, соединённых краями. Внутри плода содержится небольшое количество семян, расположенных в одну линию. Семена крепятся к брюшному шву коротенькими семяножками. Созревший боб обычно высыхает и раскрывается, из него высыпаются семена. Однако, у многих растений боб падает на землю нераскрытым.

В ботанике словом «боб» обозначается плод растений семейства бобовых (рис. 11 — 14).

Рис. 11. Боб гороха        Рис. 12. Боб боба Рис. 13. Боб солодки голой     Рис. 14. Боб гледичии

Стручок — сухой многосемянный плод, вскрывающийся двумя створками, так как по спинному и брюшному шву каждой створки появляются продольно-кольцевые трещины; когда створки разделяются, семена остаются на перегородке (рис. 15). Стручок образуется из завязи, состоящей из двух сросшихся краями плодолистиков (отличие от очень похожего на стручок плода — боба, образующегося из завязи об одном плодолистике). Вскрываются стручки снизу вверх.

Если длина стручка превышает его ширину не более, чем в  1,5, то такой стручок называется стручочком.

Стручок и стручочек  — плоды семейства Крестоцветные (рис. 16, 17).

Рис. 15. Плод стручок               Рис. 16. Стручок горчицы         Рис. 17. Стручочек ярутки   

Семянка — простой сухой односемянный невскрывающийся плод с кожистым околоплодником.

Между семенем и перикарпием обычно имеется полость.

Семянки нередко имеют различные образования для распространения ветром или животными: хохолки, крыловидные выросты, крючочки и шипы.

Примеры: растения семейства Астровые, или Сложноцветные (рис. 18 — 21). 

  Рис. 18. Семянки астры                                          Рис. 19. Семянки одуванчика

Рис. 20. Семянки подсолнечника                       Рис. 21. Семянки череды волосистой

Крылатка — разновидность семянки с кожистым сухим околоплодником, имеющим плоский волокнистый крыловидный вырост.

Форма крылатки способствует распространению семян с помощью ветра. Семя может располагаться как в центре крыла (вяз), так и на краю крыла (клён, ясень), что позволяет крылатке вращаться в воздухе по спирали (рис. 22 — 24).

Рис. 22. Крылатка вяза                                 Рис. 23. Крылатка клена Рис. 24. Крылатка ясеня

Жёлудь — сухой односемянный с жестким кожистым околоплодником, частично или полностью заключенный в плюске (рис. 25). Предполагают, что плюска образуется из сросшихся осей и прицветников редуцированного соцветия. Плод желудь характерен для семейства Буковые: дуба, бука (рис. 27), каштана (рис. 26).

Рис. 25. Желудь                                       Рис. 26. Желудь каштана Рис. 27. Желудь бука

Орех — сухой невскрывающийся плод с деревянистым околоплодником, внутри которого помещено одно (редко два) свободно лежащее семя (рис. 28). Орех окружён одним или несколькими прицветничками, образующими обёртку.  Плод орех имеют лещина и фундук.

Рис. 28. Орех фундука

Зерновка -  простой сухой односемянный нераскрывающийся плод,  у которого семенная кожура семени срастается с кожистым плёнчатым околоплодником (рис. 29).

У многих видов злаков плод охвачен сухими цветковыми чешуями, играющими важную роль в их распространении. Плод зерновка характерен для растений семейства Злаки, или Мятликовые.

Рис. 29. Строение зерновки     Рис. 30. Зерновки кукурузы (в початке)     Рис. 31. Зерновки овса

Ягода — многосемянный плод с тонким кожистым эпикарпом, сочным мезокарпом и твёрдым эндокарпом (рис. 32). Ягода развивается как из верхней завязи, так и из нижней; в последнем случае она несёт на своей верхушке высохший околоцветник, например, у крыжовника, смородины. Плод ягода развивается в семействе пасленовых, вересковых и многих других (рис. 33, 34).

Рис. 32. Строение ягоды         Рис. 33. Ягоды томата                                Рис. 34. Ягоды винограда

Тыквина — многосемянный плод с сочным внутренним слоем, мясистым средним и твёрдым наружным (рис. 35). Иногда достигает довольно больших размеров, наружный слой иногда сплошь мясистый (огурец, дыня), иногда деревянистый (тыква). Плод тыквина характерен для растений семейства Тыквенные: тыквы, арбуза, дыни, огурца и др. (рис. 36, 37).

Рис. 35. Строение тыквины         Рис. 36. Тыквина арбуза               Рис. 37. Тыквина патиссона

Померанец — нераскрывающийся многогнездный и многосемянный плод, покрытый толстой и мягкой кожей. Характеризуется железистым экзокарпием, губчатым мезокарпием и разросшимся эндокарпием, имеющим вид соковых мешочков (рис. 38).  В наружном слое кожи содержится много эфирных масел. 

Плод померанец характерен для растений подсемейства Цитрусовые (лимон, апельсин, померанец и др.) (рис. 39, 40).

Рис. 38. Плод померанец                Рис. 39. Бергамот             Рис. 40. Апельсин

Яблоко — многосемянный нераскрывающийся ложный плод многолистовка, погруженная в мякоть расширенного цветоложа (гипантия) (рис. 41).   Мелкие плоды яблоневых, обычно собранные в соцветия, имеют название яблочко(например, рябина (рис. 42)).  Плод яблоко характерен для растений подсемейства Яблоневые семейства Розовые: яблоня, груша (рис. 43), кизильник, боярышник, айва.

Рис. 41. Строение яблока                  Рис. 42. Яблочко рябины                       Рис. 43. Груша

Костянка — сочный плод растений с резкой дифференциацией слоёв околоплодника: тонким кожистым эпикарпом, мясистым мезокарпом и одревесневшим эндокарпом (рис. 44). Эндокарп образует твёрдую (каменистую или кожистую) косточку. Плод костянка развивается у представителей семейства розоцветные (вишни (рис. 45), сливы, персика, абрикоса и др.). Известны сухие костянки с кожистым (грецкий орех) или волокнистым (кокосовая пальма (рис. 46)) мезокарпом. 

Рис. 44. Костянка персика                        Рис. 45. Вишня               Рис. 46. Кокосовый орех

Многокостянка — плод, состоящий из двух или многих плодиков-костянок.

Пример: растения семейства розоцветные: малина (рис. 47), ежевика, морошка (рис. 48). 

Рис. 47. Многокостянка малины           Рис. 48. Многокостянка морошки      

Плоды и семена являются генеративными органами растений. Однако они служат не только для размножения растений.

Функции плодов и семян:

• переживание неблагоприятного периода в состоянии покоя семян после созревания;

• защита и питание зародыша;

• привлечение животных;

• расселение

Существует несколько способов распространения плодов и семян:

• с помощью ветра – анемохория  (рис. 1);

Такие плоды и семена обычно довольно мелкие и лёгкие. Часто они снабжены приспособлениями для полёта: крылышками или парашютиками. Это позволяет им дольше находиться в воздухе и перелетать на большие расстояния. Иногда крылышко бывает изогнуто таким образом, что плод или семя вращается во время полёта, а приземляясь, ввинчивается в грунт.

Рис. 1. Семена, распространяемые ветром

• с помощью воды - гидрохория (рис. 2);

У растений, растущих в водоемах или по их берегам (кувшинки, стрелолисты, частухи, рдесты), плоды и семена обычно распространяются по воде. Они не смачиваются водой и не тонут, благодаря имеющимся выростам или воздушным полостям. У некоторых растений плоды могут плавать несколько недель или даже месяцев (стрелолист, ольха, осока, вех).

• У лотоса или чилима (водяного ореха) созревшие семена легче воды и плавая на поверхности, распространяются по всему водоёму. Со временем они набухают, становятся тяжелее воды и опускаются на дно, где перезимовывают, а весной прорастают. 

•   

Рис.2. Кокос и чилим  

• Орехи кокосовой пальмы путешествуют на огромные расстояния по соленой морской воде. Семена ивы, опадая с материнского растения в воду, переносятся на другие участки водоёма, где волны прибивают их к берегу. Там они и прорастают.

• с помощью животных - зоохория;
   - механический перенос на теле животных: плоды и семена имеют различные выросты в форме крючков и прицепок (рис. 3). Иногда семена прилипают к животному благодаря слизи, образуемой при разложении плода. Они прицепляются к шерсти и перьям, и животное транспортирует их, пока они не отвалятся из-за разрушения прицепок, или пока животное не полиняет.

Рис. 3. Плоды и семена, переносимые животными

• - использование плодов в пищу (рис. 4): многие ягоды поедаются птицами, сочная их часть переваривается в пищеварительном тракте, а семена обладают устойчивой к пищеварительным ферментам оболочкой и остаются нетронутыми. Они выделяются вместе с экскрементами и попадают в почву. При прорастании экскременты птиц служат удобрением для развивающегося растения.

• У ряда растений семена вообще не прорастают, если не пройдут через пищеварительный тракт птиц.

• Животное может поедать только мякоть плодов, а семена при этом разбрасывать, иногда на довольно большие расстояния.

Рис. 4. Плоды, привлекающие животных как пищевой объект: семена ели, калина, шиповник

• Некоторые звери и птицы переносят плоды в подходящее место, и только там поедают их, оставляя на этом месте семена.

• Распространителями семян могут быть насекомые. Мелкие плоды и семена многих растений, особенно в тропических лесах, переносят муравьи. Например, муравьи перетаскивают семена трав с сочными придатками-выростами (рис. 5). Поедая сочные части растений, муравьи оставляют сухие семена в муравейнике или выбрасывают их неподалеку. Поэтому существуют растения, место обитания которых привязаны к муравейникам, часто к определённому виду муравьёв.

• 

Рис. 5. Семена, распространяемые муравьями

• разбрасывание семян самим растением – автохория (саморазбрасывние) (рис.6) происходит при резком вскрытии плодов. У таких растений при созревании плода в нём возникает механическое напряжение, и небольшой толчок приводит к растрескиванию околоплодника. При этом створки плода часто сворачиваются, разбрасывая семена в разные стороны. Такие растения называют баллистами (от лат. «баллиста» — машина для метания). У недотроги и караганы семена разлетаются при растрескивании и скручивании створок плодов.

Рис.6. Недотрога мелкоцветковая и ее лопнувший бешеный огурец(рис. 7).

• В плодах этого растения за счёт процессов брожения образуется много газов. Семена находятся в насыщенной газом полужидкой мякоти. Если до такого плода дотронуться, то он лопается на конце, и струя жидкости, содержащей семена, вылетает на несколько метров. 

• У семян большинства растений имеется период покоя. В это время семена теряют много влаги (обезвоживаются); у них замедляется обмен веществ. Дыхание становится очень слабым. Период покоя семян у ряда растений может продолжаться несколько лет. Известны растения, у которых отсутствует период покоя семян: прорастание у таких растений возможно прямо внутри плода, находящегося на материнском растении. Продолжительность периода покоя может определяться наступлением условий, благоприятных для прорастания. Семена некоторых растений не способны прорастать без яровизации.

• Яровизация — период пребывания семян при определённых низких (часто отрицательных) температурах. 

• определенная температура; Многие тропические растения прорастают при температурах не выше 25^оС (например, кофе, многие кактусы и орхидеи). Растения субтропических областей прорастают, как правило, при температурах 10-15^оС (например, огурец, помидор, баклажан). Растения умеренной зоны прорастают при разных температурах. Одни прорастают при положительных температурах, другие — при температуре, превышающей определённую величину.

• наличие воды;

Так как семена при созревании обезвоживаются, запуск процессов обмена веществ, необходимого для роста, требует поглощения воды. Вода проникает в семена черезсемявход (микропиле). Семена набухают, при этом их масса и объём увеличиваются в несколько раз. Затем начинается развитие зародыша семени во взрослое растение.

• наличие кислорода;

Зародыш внутри семени лишён возможности фотосинтезировать и питается гетеротрофно готовыми органическими веществами эндосперма. Для получения энергии он использует дыхание, которое невозможно в отсутствии кислорода. 

Различают два вида прорастания семян:

• надземное прорастание;

Первым начинает расти зародышевый корешок. Он разрывает семенную кожуру и выходит наружу. Так как он обладает положительным геотропизмом (направленный рост вниз), он растёт вниз и внедряется в почву. После этого он распрямляется и выносит вверх семя. Семенная кожура разрывается, и семядоли оказываются на свету. Они зеленеют и начинают фотосинтезировать. Растёт и зародышевый стебелёк, начинают образовываться настоящие листья, образуется новое растение (рис. 1). 

• Надземное прорастание характерно для двудольных растений.

Рис. 1 Надземное прорастание Рис. 2 Подземное прорастание: А — зерновка злака

• подземное прорастание;

При подземном прорастании семядоли не выносятся на поверхность (рис. 2). За счёт роста зародышевого стебелька на поверхности оказывается зародышевая почка, которая даёт начало листьям.

Такое прорастание наблюдается у однодольных, у которых при прорастании не образуется сильного главного корня, а образуется много мелких придаточных. Подземное прорастание так же наблюдается у растений с крупными тяжёлыми семядолями, например, у дуба.